Устройство детектирования излучения

 

Изобретение может быть использовано в атомной физике, дозиметрии, ядерном приборостроении, телевидении, океанологии, экологии, медицине, при исследовании космоса и др. Цель изобретения - обеспечение возможности одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивными участками в гамма и оптическом диапазонах и идентификации излучения от радиоактивных участков путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков. Устройство содержит конвертор, входная часть которого выполнена из оптически прозрачного материала, микроканальную пластину и узел регистрации электронов, состоящий из потенциально-запоминающей пластины и датчика для съема сигналов в режиме реального времени. Кроме того, имеется блок считывания информации с потенциально-запоминающей пластины со средством сканирования электронного луча. Изобретение позволяет регистрировать изображение объекта в двух диапазонах, излучение, имеющее низкую интенсивность, а также хранить информацию в течение нескольких часов. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я) 4 G 01 Т 1/28 5/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4208574/40-25 (22) 20.02.87 (46) 15.08.89. Бюп. Р 30 (72) В.Ф.Коняев, Н.М.Крюков, А.В.Лисовский, В.А.Макридов, Ю.А.Розэ и

А.Н.Цаголов (53) 621.387.464 (088.8) (56) Москаленко Z.È. Методы внеатмосферной астрономии. М.: Наука, 1984, с. 159 - 160.

Патент США Ф 4454422, кл. 250-363,.

1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ

ИЗЛУЧЕ НИЯ (57) Изобретение может быть использовано в атомной физике, дозиметрии, ядерном приборостроении, телевидении, океанологии, экологии, медицине, при исследовании космоса и др. Цель изобретения - обеспечение возможности одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивными участками в

Изобретение относится к технике детектирования рентгеновского и гамма излучения, элементарных частиц и атомных ядер с возможностью одновременной регистрации света в инфракрасном, видимом или ультрафиолетовом диапазонах с определением пространственного распределения ионизирующего и светового излучений, а также с возможностью идентификации ионизирующего излучения путем определения энергии, интенсивности и времени поступления регистрируемого излучения.

„.80„„1500955 гамма и оптическом диапазонах и идентификации излучения от радиоактивных участков путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков ° Устройство содержит конвертор, входная часть которого выполнена из оптически прозрачного материала, микроканальную пластину и узел регистрации электронов, состоящий из потенциально-запоминающей пластины и датчика для съема сигналов в режиме реального времени. Кроме того, имеется блок считывания информации с потенциально-запоминающей пластины со средством сканирования электронного а луча. Изобретение позволяет регистри9 ровать изображение объекта в двух диапаз онах, излучение, имеюще е низ кую с интенсивность, а также хранить инфор- С мацию в течение нескольких часов.

5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Цель изобретения — обеспечение воз- можности одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивнымн участками в гамма и оптическом дианазо нах при внешнем освещении несветяще« гося объекта и обеспечение возможности идентификации излучения от радиоактивных участков объекта путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков.

На фиг.1 и фиг.2 изображены конструктивные варианты предлагаемого уст3 150095 ройстна; на фиг.3 — фиг.5 — примеры выполнения датчика для съема сигналов в режиме реального времени.

Устройство (фиг.1) содержит конвертор 1, входная часть которого выполнена из сцинтиллятора 2 — сцинтиллирующего волоконного материала, на котором расположен фотокатод 3, микроканальную пластину (MKII) 4, узел 5 1р регистрации электронов, состоящий-: из потенциально запоминающей пластины 6 и датчика 7 для съема сигналов в режиме реального времени, блок 8 считывания информации со средством 15 сканирования электронного луча, состоящего из электронной пушки 9, считывающей сетки 10 и узла 11 развертки и отклонения,и корпус 12.

Съем сигналов с датчика 7 осущеет" 20 вляется с помощью электрического вывода t3 (если датчик состоит из двух и более частей, то каждая из них имеет отдельный вывод).

Сцинтиллятор 2 выполнен из апти- 25 чески прозрачного материала. Фотокатод может быть расположен между сцинтиллятором и МКП, на входной поверхности MKII а также на сцинтилляторе (фиг. 1) . 30

Узел 5 регистрации электронов, кроме своей основной функции по фор мированию йотенциального рельефа и съема сигналов в режиме реального времени, играет роль герметичной перегородки входного (записывающего) и выходного (считывающего) объемов устройства. Эта перегородка защищает чувствительную поверхность потенци- ально запоминающей пластины, дат- 40 чика, MIGI и фотокатода от отрицательного воздействия считывающего луча.

Основной (по площади) частью узла регистрации электронов является потенциально запоминающая пластина, 45 которая должна удовлетворять следующим противоречивым требованиям: быть достаточно прочной и иметь необходимую для этого толщину; иметь Достаточно малую толщину Из 5р соображений эффективности считывания с нее зарядов с высоким разрешением по плоскости.

Эти пРотивоРечия Решаются при Раз-55 работке конкретных. устройств для определенных условий их технического использования. Толщина пластины при этом может составить 0,01 - 0,3 мм.

5 4

Потенциально запоминающая пластина предназначена для накопления, хранения и передачи з аряда, образ ованного при попадании на ее поверхность пучков электронов из каналов МКП, Каждый такой пучок имеет форму сужа» ющегося конуса, имеющего большее основание в месте вылета из канала

МКП (диаметр основания конуса соответствует диаметру отдельного канала

ИКП и равен 6 — 20 мкм). Пластина должна быть установлена вблизи предполагаемой вершины конуса, что позволит иметь диаметр участка накопления .заряда на пластине меньше диаметра отдельного канала MKII. Расстояние между MIGI и пластиной рассчитывается и выбирается при разработке конкретного устройства. Это расстояние можно оценить величиной 3-300 мкм.

Пластина выполняется из материала, способного при воздействии пучков электронов, образовывать электрический заряд и удерживать его в течении достаточно длительного времени, например, несколько часов, сутки.

Пластина может быть выполнена из слюды, стекла, кремния и др. При выполнении пластины из кремния ее рабочая зона может быть подвергнута обработке, после чего поверхность этой эоны будет представлять собой множество миниатюрных зарядособирающих элементов. Примером выполнения может быть пластина кремния толщиной 10 — 25 мкм, на поверхности которой методом лито" графии получают большое колиЧество (до 500 тыс) расположенных рядами углублений (2 — 5 мкм), в которые методом диффузии наносится фосфор (о — область на р-область кремниевой подложки) .

Центры полученных зарядособирающих участков можно совместить с центрами каналов МКП.

Датчик 7 для съема сигналов в режиме реального времени предназначен регистрации излучения для определения энергии, интенсивности, времени поступления входного излучения; регистрации координаты этого излучения; обеспечения возможности одновремен" ного наблюдения изображения объекта и идентификации входного излучения; получения управляющего сигнала для быстрого уменьшения коэффициента уси-, 1500955

55 пения устройства при его аварийной засветке.

Датчик 7 выполнен из проводящего материала и имеет электрические вы5 воды (по одному на каждый элемент, если датчик многоэлементный) . Каждый элемент подключен к отдельному усилительному каналу. Съем электрических сигналов и параметры усилителя не имеют каких-либо особенностей и описаны в соответствующей литературе.

На фиг. 1 изображен датчик 7, состоящий из одного элемента, расположенного в центральной части пластины.

Блок 8 считывания информации предназначен для регистрации зарядового рельефа поверхности пластины с помощью электронной пушки 9, который сканирует пластину благодаря наличию электромагнитного узла 11 развертки и отклонения. Сканирование может осуществляться, например, по принципу формирования телевизионного растра.

Сигналы, характеризующие заряд участ-25 ков пластины, могут считываться раз-:. личным образом.

В устройстве (фиг. 1) считывание сигналов производится с помощью считывающей сетки 10, с вывода 14 ко- 30 торой сигналы передаются на вход усилителя. Электронная пушка 9, состоящая из подогревателя, катода, модулятора, управляющего и фокусирующего электродов, показанных на фиг. 1, не имеет каких-либо особенностей выполнения и описана в соответствующей литературе. Таким образом, блок считывания информации имеет традиционную конструкцию и может быть заимствован из стандартной аппаратуры, например, видикона.

Корпус 12, выполненный из вакуумстойкого материала (например, стекла, керамики и pp,) не имеет каких-либО 45 особенностей и .описан в соответствующей литературе.

Устройство (фиг.2), размещенное в камере-обскуре 15, содержит корпус 12 с входной частью, выполненной из сцинтиллирующего материала. На внутренней торцовой поверхности сцинтиллятора 2 расположен фотокатод 3.

Сцинтиллятор выполнен из волокон, промежутки между которыми заполнены вакуумстойким материалом, обеспечивающим вакуумплотность сцинтиллятора.

Для повышения коэффициента усиления устройства (фиг.2) использована шевронная сборка из двух МКП 4, датчик

7 имеет один элемент и электрический вывод 13, а узел 11 развертки и отклонения — электростатический.

Оболочка камеры-обскуры 15 может быть выполнена, например, из свинца или вольфрама и необходима для защиты устройства от ионизирующего излучения, а также для пропускания светового и ионизирующего излучения через небольшое отверстие во входной части камеры на вход сцинтиллятора.

Устройство (фиг.2) представляет собой гамма-визор, который позволяет осуществить одновременное наблюдение (регистрацию иэображения) объекта в диапазоне ионизирующего и светового излучения. К примеру, если объект проявляет себя в диапазоне гамма-излучения, условно показанного в виде стрелки 16, а также в виде светового излучения, условно показанного пунктирной стрелкой 17, то благодаря использованию камеры-обскуры 15 и линзы 18, установленной в отверстии камеры-обскуры, на вход сцинтиллятора 2 от объекта одновременно поступает гамма †излучен 19 и световое излучение 20. Световое изображение (излучение) 20 объекта будет скорректировано благодаря оптической линзе 18. Устройство наиболее эффективно может быть использовано в том случае, когда необходимо визуально рассмотреть объект, проявляющий себя в диапазоне ионизирующего излучения, например, при исследовании дефектов защитного кожуха или рассмотреть излучающий объект с радиоактивными участками при его поиске. Естетственно требуется внешнее освещение несветящегося объекта.

На фиг.3 — фиг.5 изображены варианты выполнения датчика 7 для съема сигналов в режиме реального времени, Датчик для съема сигналов в режиме реального времени, изображенный на фиг.3, состоит из трех электрически изолированных элементов-датчиков 7, снабженных самостоятельными выводами

13 и размещенных в рабочей зоне чувствительной поверхности потенциально запоминающей пластины 6.

Датчик для съема сигналов в режиме реального времени, изображенный на фиг.4, представляет собой небольшой круг, размещенный в центральной части рабочей зоны пластины.

1500955

Датчик для съема сигналов в режиме реального времени, изображенный на фиг.5, выполнен в виде кольца, расположенного по периметру потенциально 5 запоминающей пластины и частично пере" крывающего углы рабочей эоны этой пластины.

Различные варианты выполнения датчика для съема сигналов в режиме реального времени обусловлены конкретными требованиями при одновременной регистрации изображения объекта и идентификации излучения его радиоактивных участков, а именно: 15 датчик (фиг.3) эффективен при использовании устройства для регистрации изображения какого-либо объекта с фиксированным расположением его радиоактивных участков, излучение от 20 которых направлено на соответствующие элементы датчика (в этом случае не требуется поиск радиоактивных участков объекта, а регистрация изображения и идентификация излучения может 25 производиться в любой момент при наличии излучающего поля); датчик (фиг.4) эффективен при необходимости поиска радиоактивных участков объекта путем перемещения 30 этого датчика так, чтобы он оказался в излучающем поле радиоактивного участка; датчик (фиг.5) эффективен при необходимости наблюдения изображения объекта без затенения этого изображения датчиком, в этом случае излучение на датчик поступает за пределами рабочей зоны потенциально запоминающей пластины).

40 .Устройство работает следующим o6-, разом.

Входное излучение поступает на конвертор 1 и преобразуется в пучки электронов, которые умножаются с по- 45 мощью МКП 4. Далее пучки электронов поступают на узел 5 регистрации электронов, образуя зарядовый рельеф на потенциально запоминающей пластине. Часть пучков электронов попадают на датчик 7 для съема сигналов в режиме реального времени, с которого производится считывание сигналов на вход усилителя. Зарядовый рельеф на пластине считывается благодаря средству сканирования электронного луча и сигнальной сетке, информация с которой поступает (для наглядного представления изображения объекта), например, на видеомонитор. Если датчик 7 расположен в рабочей зоне пластины, то изображение на экране видеомонитора затененс площадкой датчика.

Использование предлагаемого устройства (в отличие от известных) дает возможность одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивными участками в гамма и оптическом диапазоне и идентификации излучения от радиоактивных участков объекта путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков. Кроме этого, устройство позволяет регистрировать излучение, имеющее низкую интенсивность, что возможно благодаря наличию потенциально запоминающей пластины, накапливающей информацию о координатах и интенсивности входного излучения, и датчика, позволяющего работать в счетном режиме. Благодаря вышеописанным свойствам потенциально запоминающей пластины в устройстве может храниться полученная информация в течение нескольких часов, что дает возможность разделить по времени процессы записи и считывания, а также снизить потребление устройством энергии, производя в необходимых случаях (например, в бортовой аппаратуре) только запись информации, отключив при этом блок считывания информации. о 1

Выходные электрические сигналы, получаемые с помощью блока считывания информации, не требуют последующей сложной обработки (типа операции взвешивания) или записи и последующего считывания из памяти большого количества информации, Выходные сигналы без всякой математической обработки могут быть выведены на экран видеомонитора. Эти сигналы содержат информацию о координатах поля изображения с разрешением по полю, определяемым диаметром отдельного канала MKU. Выходные сигналы поступающие из устройства"прототипа требуют сложной аппаратуры и обработки для того, чтобы достичь указанное разрешение.

Использование сцинтиллятора в качестве входной части конвертора расширяет энергетический диапазон регистрации излучения в сторону мягкой области.

1500955

1О и

Формула изобретения

1. Устройство детектирования излучения, содержащее расположенные s корпусе последовательно в направлении входного излучения конвертор, микроканальную пластину (MKII) и узел регистрации электронов, выполненный в виде датчика для съема сигналов в режиме реального времени, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности одновременной регистрации изображения объекта с радиоактивными участками в гамма и оптическом диапазонах при внешнем освещении несветящегося объекта и обеспечения возможности идентификации излучения от радиоактивных участков объекта путем определения энергии, интенсивности и времени поступления излучения от этих участков, входная часть конвертора, расположенная со стороны регистрируемого излучения, выполнена из оптически прозрачного материала, узел регистрации электронов дополнительно содержит потенциально запоминающую пластину и блок считывания с нее информации со средством сканирования электронного луча, датчик узла регистрации электронов размещен в рабочей зоне чувствительной поверхности потенциально запоминающей пластины, которая установлена за MKII и герметично отделяет конвертор, МКП и датчик от блока считывания информации. . 2. Устройство по и.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что входная

5 часть конвертора выполнена из сцинтиллирующего материала, выбранного из группы Bi< Gi>0 <<, BaF, NgF .

3. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что входная часть конвертора выполнена из несцинтиллирующего материала, выбранного из группы: стекло, кварц, световолокно.

4, Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что датчик для

I съема сигналов в режиме реального времени выполнен в виде элементов, расположенных в рабочей зоне чувствительной поверхности потенциально запоминающей пластины, электрически изолированных друг от друга и снабженных самостоятельными выводами.

3. Устройство по п.4, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что датчик для

25 съема сигналов в режиме реального времени расположен в центральной части потенциально запоминающей пластины и имеет форму круга, площадь которого значительно меньше площади потенциально запоминающей пластины.

6 ° Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что датчик расположен по периметру потенциально запоминающей пластины, 1500955 фиЯЗ (pue4

Составитель В.Дрыгин

Редактор А.Ревин

Производственно--издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 1

Заказ 48á 1/40

ВНИИПИ Государственного

113035, Техред- Л.Олийнык Корректор Н.Борисова

Тираж 484 Подписное комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5